Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


÷ифровые элементы на бипол€рных приборах




 

¬скоре после по€влени€ Ё¬ћ возникло пон€тие Ђсистемы элементовї.

Ёлементами цифровой вычислительной машины прин€то называть те наименьшие ее функциональные части, на которые разбиваетс€ машина при логическом проектировании и технической реализации.

ѕо€влени€ пон€ти€ Ђсистема элементовї объ€сн€етс€ тем, что уже первые Ё¬ћ содержали очень большое число логических и запоминающих элементов, однако число разновидностей (типов) элементов было при этом небольшим. ѕеречень необходимых типов элементов и их параметров составл€вший систему элементов, был достаточен как дл€ заказа изготовител€ элементарной базы, так и дл€ разработчика аппаратуры.

ƒл€ интегральных микросхем получил распространение термин (сери€ интегральных микросхем), имеющий, по сути, тот же смысл, что и пон€тие (системы элементов).

Ќа первом этапе развити€ элементарной базы были разработаны многочисленные и весьма разнородные системы элементов, затем преимущественное распространение получили несколько систем элементов, обеспечивающие наилучшее сочетание важных дл€ потребителей и изготовителей характеристик.

—реди современных элементов Ё¬ћ важное место занимают выполненные на основе бипол€рных проводниковых приборов. ѕрактически все они относ€тс€ к элементам потенциального типа, в которых сигналы представлены соответствующими уровн€ми потенциала.

  одним из исторически первых принадлежат элементы –“Ћ (резисторно-транзисторна€ логика) и ƒ“Ћ (диодно-транзисторна€ логика),которые изготовл€лись и на дискретных элементах, и в виде UMS.

Ёлементы ““Ћ (транзисторно-транзисторна€ логика) по€вилась как развитие системы ƒ“Ћ и получили широкое применение.

Ёлементы Ё—Ћ (эмиттерно-св€занна€ логика) и их модификации €вл€ютс€ самыми быстродействующими из промышленно освоенных, выполненных на основе кремни€. (к ним приближаютс€ по быстродействию другие типы по иере развити€).

Ёлементы »2Ћ (интегральна€ инжекционна€ логика) разработали специально дл€ Ѕ»— и перспективны дл€ UMC высокого уровн€ интеграции.

 

Ёлементы ““Ћ.

 

ѕо€вились в начале 60-х, вскоре стали основными по объему производства. Ўирокое применение повлекло их непрерывное усовершенствование, разработку модификаций, расширение серий. —ери€ ““Ћ Texas Instruments Ц прототип содержит сотни типов UMC, свыше половины Ц   —»— и Ѕ»—.  ак упоминалось, ““Ћ представл€ет собой модификацию ƒ“Ћ-схемы, котора€ заключаетс€ в замене диодной части ƒ“Ћ-схемы специальным интегральным прибором Ц многоэмиттерным транзистором.

»дею работы элемента рассмотрим на примере простейшей ““Ћ-схемы:

¬ элементе ““Ћ многоэмиттерный транзистор VT1 (ћЁ“) включен на входе инвертора, в схему которого вход€т транзистор VT2 и резистор R2. Ёлемент выполн€ет логическую операцию »-Ќ≈. „тобы убедитьс€ в этом рассмотрим две ситуации: на всех входах ЋЁ действуют логические единицы, хот€ бы на одном из входов имеетс€ логический нуль.

 

≈сли операци€ »-Ќ≈ Ц в 1-м случае на входе должен формироватьс€ низкий уровень напр€жени€, соответствующий логическому нулю, во 2 высокий уровень логической единицы.

ѕри подаче логических единиц на все входы ЋЁ ко всем эмиттерам транзистора VT1 приложены высокие уровни напр€жени€ , что вводит транзисторной структуры ћЁ“ в инверсное включение. ѕереход база- коллектор смещаетс€ в пр€мом направлении. “оки в эмиттерах инверсно включенного транзистора ћЁ“ малы, следовательно, ток коллектора приближенно равен току базы . Ёто ток втекает в базу транзистора , открыва€ и насыща€ его, обеспечива€ тем самым низкий уровень логического нул€ на выходе.

≈сли хот€ бы на одном входе ЋЁ по€вл€етс€ низкий уровень , то соответствующа€ этому входу транзисторна€ структура ћЁ“ включаетс€ нормально (эмиттерный переход смещаетс€ в пр€мом направлении). ¬ коллекторе ћЁ“ по€вл€етс€ ток . Ётот ток обусловлен рассасыванием избыточного зар€да из базы транзистора UT2, он форсированно запирает транзистор UT2 и исчезает по истечении переходного процесса запирани€ UT2, когда в его базе остаетс€ лишь малый остаточный ток статического режима. ѕри этом, ћЁ“ оказываетс€ в насыщении при практически нулевом токе коллектора, что обеспечивает запирание транзистора UT2, поскольку к его базе через насыщенный ћЁ“ прикладываетс€ низкое напр€жение . Ќа выходе ЋЁ при запирании UT2 формируетс€ высокий уровень напр€жени€, соответствующий логической единице.

ƒл€ повышени€ нагрузочной способности ЋЁ и быстрого перезар€да нагрузочной емкости к рассмотренной схеме добавл€ют сложный выходной каскад с более мощным выходным инвертором.

ѕри этом в цепь эмиттера UT2 включают резистор R3, в результате образуетс€ каскад с двум€ парафазными выходами (приращение напр€жени€ на эмиттере противофазны приращени€м напр€жени€ на колекторе UT2). Ёти выходные сигналы обеспечивают нужные дл€ VT3 и VT4 сигналы управлени€. ¬ыходной каскад не измен€ет логическую операцию, выполн€емую ЋЁ.

≈сли , то транзистор VT2 будет закрыт, транзистор VT3 будет открыт высоким потенциалом на коллекторе VT2, VT4 будет закрыт нулевым потенциалом, действующим на эмиттере VT2. в результате на выходе ЋЁ действует напр€жение высокого уровн€, соответствующее логической "1" (у=1).

 

≈сли же , то транзистор VT2 откроетс€ током I', аналогично, как это происходило в простейшем элементе. ¬месте с VT2 откроетс€ VT4, оба перейдут в насыщение, при этом VT3 и VD закроютс€, т.к. разность потенциалов между коллекторами VT3 и VT4 недостаточна дл€ отпирани€ цепи VT3 - VD1. Ќа выходе элемента будет действовать напр€жение Uкэн насыщенного транзистора VT4, т.е. логический "0" (функци€ ЋЁ: » Ц Ќ≈).

¬ыходной каскад сложного инвертора обеспечивает малые длительности фронтов сигнала при работе на значительную емкостную нагрузку. ќтрицательный фронт выходного сигнала (переход 1/0) формируетс€ током выходного транзистора VT4, а положительный Ц (0/1) Ц током выходного эмиттерного каскада VT3.

“аким образом, важна€ особенность схемы сложного инвертора Ц раздельное формирование фронтов сигнала:

–езистор R4 ограничивает ток в выходном каскаде в процессе выключени€ схемы, когда VT4 еще находитс€ в состо€нии насыщени€, а VT3 уже открылс€.

ѕри уменьшении R4 уменьшаетс€ врем€ выключени€ схемы, т.к. VT4 выводитс€ из режима насыщени€ большим коллекторным током, протекающим через R4. ќднако, при этом возрастает мощность, потребл€ема€ схемой при высоких частотах переключени€.

R4 составл€ет несколько дес€тков ќм дл€ быстродействующих схем и несколько сотен ќм Ц дл€ маломощных схем.

ƒиод VD1 введен в схему дл€ согласовани€ потенциалов при запирании транзистора VT3.

— целью повышени€ помехоустойчивости ““Ћ схем на входе элемента включают Dвх с целью подавлени€ отрицательных выбросов, возникающих при передаче сигналов между элементами по "длинным" лини€м св€зи, которые представл€ют собой цепи с распределенными параметрами: смещающий диод включают в базовую цепь транзистора VT3. Ѕлагодар€ этому уровень логической единицы повышаетс€ на 0,15÷0,2¬, ѕоскольку через VD1 протекает ток в з раз меньший, чем через диод, сто€щий в цепи эмиттера ( - коэффициент усилени€ TV3 по току). ќднако, при этом снижаетс€ быстродействие.

—татистическое распределение токов в базовом элементе ““Ћ показано на примере последовательного соединени€ элементов Ё1 и Ё2.

¬ базовом ““Ћ элементе при высоком уровне сигнала на выходе ток, протекающий через транзистор VT3 оказываетс€ недостаточным дл€ подключени€ к элементу значительной нагрузки.

¬ св€зи с этим дл€ повышени€ нагрузочной способности элемента в его схеме вместо диоды Dсм включен транзистор “з' с резистором R5, так что пара “з - “з' представл€ет собой составной транзистор:

 

¬ сери€х ““Ћ используютс€ элемент » Ц »Ћ» Ц Ќ≈:

¬ этом элементе вместо VT2 включены VT2 и VT2', управл€емые от двух ћЁ“.  ак можно видеть (из изложенного ранее), схема в целом реализует операцию:

Ёлементы ““Ћ с открытым коллектором: могут работать на нетиповую нагрузку и включатьс€ параллельно по выходам:

¬ первом случае: коллектор выходного транзистора подключаетс€ к внешним нагрузочным элементам (индикаторна€ лампа —»ƒ на рис., питаемой от Uвнешн).

ѕараллельное включение элементов с открытым коллектором показан на рис.:

 

—тандартные (базовые) элементы ““Ћ со сложными выходными инверторами нельз€ соедин€ть параллельно по выходам, т.к. при различных логических состо€ни€х из-за малых выходных сопротивлений в выходных цеп€х развились бы недопустимо большие токи, а логическое состо€ние общего выхода было бы неопределенным.

Ёлементы с открытым коллектором допускают параллельное соединение выходов с общим нагрузочным резистором Rн.

¬ данном случае относительно сигнала на базах выходных транзисторов выполн€етс€ операци€

,(монтажное »Ћ»),

а элементы с общим коллектором могут использоватьс€ и дл€ поочередной работы на общую линию в режиме разделени€ времени.

ƒл€ этой же цели разработать специальные элементы с трем€ состо€ни€ми: "0", "1" и "отключено".

¬ состо€нии "отключено" выход элемента не потребл€ет и не отдает пока тока в нагрузку. ≈сли в каждый момент времени лишь один из подключенных к магистральной шине элементов активен, а все остальные отключены, то обеспечиваетс€ нормальный режим разделени€ времени.

¬ схеме с трем€ состо€ни€ми выхода (нарисовано упрощенно).

ƒл€ управлени€ состо€ни€ми использован один из входов ћЁ“ и диод VD1.

≈сли на управл€ющий вход подать напр€жение логической единицы, то транзистор VT6 насытитс€, один из входов много эмиттерного транзистора получит нулевой сигнал, что приведет к запиранию транзистора VT2. Ќапр€жение на коллекторе VT2 будет повышатьс€. Ќо не достигнет обычного уровн€, т.к. включитс€ диод VD1, который ограничит напр€жение на коллекторе VT2 на уровне . “акое напр€жение не может отпереть транзисторы VT3 и VT4. “аким образом, все транзисторы выходного каскада будут заперты, схема будет находитьс€ в состо€нии Ђотключеної.

ѕри подаче на управл€ющий вход логического транзистора VT6 будет заперт. ѕри этом сохран€етс€ обычный режим работы элемента »Ћ» Ц Ќ≈ по информационным входам X1ЕXm.





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-02-12; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 2057 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

ƒаже страх см€гчаетс€ привычкой. © Ќеизвестно
==> читать все изречени€...

2184 - | 1919 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.014 с.